헤모글로빈의 재발견…퇴행성 뇌질환 치료하는 항산화 기능 찾았다

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 기초과학연구원(IBS)은 인지 및 사회성 연구단 이창준 단장과 한국과학기술연구원(KIST) 박기덕 뇌과학연구소장 연구팀이 뇌 속 별세포에 존재하는 헤모글로빈의 항산화 기능을 규명하고 새로운 퇴행성 뇌신경질환 치료 전략을 제시했다고 22일 밝혔다.

루게릭병, 파킨슨병, 알츠하이머병 등 퇴행성 뇌신경질환과 노화 등에서 활성산소의 과도한 축적이 신경세포 손상과 사멸을 일으키는 주요 원인으로 지목돼 왔다.

이에 고반응성 활성산소 라디칼(radical)을 제거하는 항산화 치료제가 개발됐으나 대부분 뚜렷한 임상 효과를 보이지 못했다.

라디칼은 주변 세포와 빠르게 반응해 제대로 작용하지 못했으며 약물이 뇌까지 도달하지 못하거나 체내에서 너무 빨리 배출돼 효과를 내기 어려웠다. 작용 범위가 넓어 정상 세포까지 영향을 미치는 등 부작용 우려도 컸다.

연구진은 이 같은 한계를 극복하기 위해 다른 활성산소 과산화수소(H2O2)에 주목했다. 앞서 연구진은 뇌질환 등 자극으로 수와 크기가 증가하고 기능이 변하는 '반응성 별세포'에서 과산화수소가 비정상적으로 축적돼 주변 신경세포를 손상시킨다는 사실을 밝힌 바 있다.

이에 별세포 내부 항산화 체계를 정밀 분석한 결과, 혈액에만 존재하는 것으로 알려진 헤모글로빈이 뇌 속 별세포의 핵 안에 있는 소기관 '핵소체'에서도 발견됐다.

특히 이 헤모글로빈이 과산화수소를 산소와 물로 분해하는 항산화 기능을 한다는 사실을을 처음으로 규명했다.

퇴행성 뇌신경질환 등에서는 이 기능이 현저히 떨어져 산화 손상과 신경세포 사멸이 촉진되는 악순환 구조가 관찰됐다.

이를 토대로 연구진은 헤모글로빈의 항산화 활성을 극대화하는 저분자 화합물 'KDS12025'를 개발했다.

이 물질은 약물 진입을 막는 혈액-뇌 장벽도 잘 통과하고 헤모글로빈의 고유한 산소 운반 기능에는 영향을 주지 않으면서도 과산화수소 분해 능력을 최대 100배까지 높였다.

연구진은 다양한 퇴행성 뇌신경질환 생쥐 실험을 통해 신경세포 사멸을 효과적으로 억제하고 생존율과 기억력, 운동 기능 회복 등을 높이는 효과를 확인했다.

노화 모델에서는 평균 수명이 약 30% 늘어 약 2년인 일반 생쥐의 수명을 넘어 3년 이상 생존한 개체도 관찰됐다. 뇌질환뿐만 아니라 전신 염증성 질환에서도 치료 효과를 보였는데, 자가면역질환인 류마티스 관절염 모델에서 부종과 관절 염증 지표가 크게 감소했다.

이 단장은 "외부에서 항산화제를 공급하는 기존 치료 전략과 달리, 우리 몸 안에 있는 자연 단백질의 기능을 조절하고 강화함으로써 질병을 치료하는 새로운 접근법을 제시한 것"이라고 말했다.

박 소장은 "과산화수소 축적이 다양한 질환의 공통된 병리로 작용한다는 점에서 퇴행성 뇌질환뿐 아니라 노화, 뇌졸중, 염증성 질환 등 다양한 질환에 적용 가능한 범용 치료 플랫폼으로 확장될 수 있다"고 밝혔다.

이번 연구 결과는 기초·응용 생명과학 분야 국제 학술지 '신호 전달 및 표적 치료(Signal Transduction and Targeted Therapy)'에 게재됐다.

jongseo12@news1.kr